Curso de Engenharia de Produção. Processos de Fabricação

Transcrição

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2 Curso de Engenharia de Produção Processos de Fabricação

3 Lingotamento Ato ou efeito de transformar em lingotes. (Aurelio) Lingote Barra de metal fundido, Tira metálica. (Aurelio)

4 Lingotamento Convencional: O lingotamento é usado na fabricação de metais, transformando material líquido em sólido. Neste processo, o material é resfriado e transformado em lingotes, blocos, placas entre outros; que seguem para processo de laminação ou forjaria.

5 Lingotamento Convencional: É a partir do lingote que se realizam os processos de conformação mecânica para a obtenção de chapas, placas, perfis etc..

6 Lingotamento Convencional: Formas de Lingotamento: Direto: o aço é vazado diretamente na lingoteira (formas) ; Indireto: o aço é vazado num conduto vertical penetrando na lingoteira pela sua base

7 Lingotamento Convencional:

8 Lingotamento Continuo: Produção em alta escala Produção de barras longas de diferentes formas Processo altamente automatizado Near Net Shape

9 Lingotamento Continuo:

10 Lingotamento Continuo: Processo

11 Fundição: É o processo de fabricação de peças metálicas que consiste essencialmente em encher com metal líquido a cavidade de um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser fabricada.

12 Fundição: A fundição é um processo de fabricação inicial, porque permite a obtenção de peças com formas praticamente definitivas, com mínimas limitações de tamanho, formato e complexidade.

13 Fundição: Empregado com os mais variados tipos de ligas metálicas, desde que elas apresentem as propriedades adequadas a esse processo, como por exemplo, temperatura de fusão e fluidez

14 Fundição: Temperatura de fusão é a temperatura em que o metal passa do estado sólido para o estado líquido. Fluidez é a capacidade de uma substância de escoar com maior ou menor facilidade.

15 Fundição: A fundição começou a ser usada pelo homem mais ou menos uns 3000 a.c. Fundiu-se primeiro o cobre, depois o bronze, e, mais recentemente, o ferro, por causa da dificuldade em alcançar as temperaturas necessárias para a realização do processo.

16 Fundição: Revolução Industrial, como os fornos Cubilô os fornos elétricos, e a mecanização do processo, o desenvolvimento da fundição do ferro e, conseqüentemente, do aço. A maioria dos equipamentos de fundição foi concebida basicamente nesse período, quando surgiram também os vários métodos de fundição centrífuga.

17 Fundição: A fundição em comparação com outros processos de fabricação parte diretamente do metal líquido e, no mínimo, economiza etapas dentro do processo de fabricação. Se comparado outros processos

18 Fundição: Vantagens da Fundição a) As peças fundidas podem apresentar formas externas e internas desde as mais simples até as bem complicadas, com formatos impossíveis de serem obtidos por outros processos. b) As peças fundidas podem apresentar dimensões limitadas somente pelas restrições das instalações onde são produzidas.

19 Fundição: Vantagens da Fundição c) A fundição permite um alto grau de automatização, a produção rápida e grandes lotes d) As peças fundidas podem ser produzidas dentro de padrões variados de acabamento: mais liso ou mais áspero tolerância dimensional: de ± 0,2 mm a ± 6 mm

20 Fundição: Vantagens da Fundição e) A peça fundida possibilita grande economia de peso. f) obtenção de paredes com espessuras quase ilimitadas.

21 Fundição: Etapas da Fundição Confecção do modelo Formato aproximado Considerar contração do metal e sobre metal Fabricado em madeira, alumínio, aço, resina plástica e até isopor.

22 Fundição: Etapas da Fundição Confecção do modelo

23 Fundição: Etapas da Fundição Processos de Fabricação Confecção do molde O molde é o dispositivo no qual o metal fundido é colocado Ele é feito de material refratário composto de areia e aglomerante. Esse material é moldado sobre o modelo que, após retirado, deixa uma cavidade com o formato da peça a ser fundida.

24 Fundição: Etapas da Fundição Confecção do molde

25 Fundição: Etapas da Fundição Confecção dos machos Macho é um dispositivo, feito também de areia, que tem a finalidade de formar os vazios, furos e reentrâncias da peça. Eles são colocados nos moldes antes que eles sejam fechados para receber o metal líquido.

26 Fundição: Etapas da Fundição Confecção dos machos

27 Fundição: Etapas da Fundição Fusão Etapa em que acontece a fusão do metal Vazamento O vazamento é o enchimento do molde com metal líquido.

28 Fundição: Etapas da Fundição Vazamento Processos de Fabricação

29 Fundição: Etapas da Fundição Desmoldagem Retirada da peça do molde Varia com tipo de peça, metal e molde Manual ou Mecânica

30 Fundição: Etapas da Fundição Desmoldagem Processos de Fabricação

31 Fundição: Etapas da Fundição Rebarbação A rebarbação é a retirada dos canais de alimentação, massalotes e rebarbas que se formam durante a fundição. Realizada com a peça a temperaturas próximas às do ambiente.

32 Fundição: Etapas da Fundição Canais de alimentação - Vias, ou condutos, por onde o metal líquido passe para chegar ao molde. Massalote - Reserva de metal que preenche os espaços que vão se formando à medida que a peça vai solidificando e se contraindo.

33 Fundição: Etapas da Fundição Desmoldagem Processos de Fabricação

34 Fundição: Etapas da Fundição Limpeza Retirada da de incrustações da areia usada na confecção do molde. Geralmente feita por meio de jatos abrasivos..

35 Fundição: Variações do processo de fundição por gravidade com moldagem em areia são: Fundição com moldagem em areia aglomerada com argila; Fundição com moldagem em areia aglomerada com resinas.

36 Fundição: A fundição por gravidade usa também moldes cerâmicos ou metálicos - Fundição de Precisão. Processo de fundição sob pressão com moldes metálicos.

37 Problemas de Fundição: Inclusão da areia do molde nas paredes internas ou externas da peça. Defeitos de composição da liga metálica que causam o aparecimento de partículas duras indesejáveis no material.

38 Problemas de Fundição: Rechupe - falta de material devido ao processo de solidificação Porosidade - existência de buraquinhos dentro de peça.

39 Fundição: A B

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41 Moldes para Fundição: A fundição em areia é a mais usada Maiores temperaturas para aço e ferro fundido Produção de peças de ligas de alumínio, latão, bronze e magnésio. A qualidade da peça fundida está diretamente ligada à qualidade do molde

42 Moldes para Fundição: Classificação dos processos de fundição 1. Fundição em moldes de areia 2. Fundição em moldes metálicos

43 Moldes para Fundição: A moldagem em areia verde é o mais simples e mais usado nas empresas do ramo.

44 Moldes para Fundição: A preparação do molde, consiste em compactar mecânica ou manualmente uma mistura refratária plástica chamada areia de fundição, sobre um modelo montado em uma caixa de moldar.

45 Moldes para Fundição:

46 Moldes para Fundição: 1) A caixa de moldar é colocada sobre uma placa de madeira ou no chão. O modelo, coberto com talco ou grafite para evitar aderência da areia, é então colocado no fundo da caixa. A areia é compactada sobre o modelo manualmente ou com o auxílio de marteletes pneumáticos.

47 Moldes para Fundição:

48 Moldes para Fundição: 2) Essa caixa, chamada de caixa-fundo, é virada de modo que o modelo fique para cima.

49 Moldes para Fundição: 3) Caixa-tampa, é então posta sobre a primeira caixa. Em seu interior são colocados o massalote e o canal de descida.

50 Moldes para Fundição: 4) Remove o molde do canal de descida e o massalotesão retirados e as caixas são separadas.

51 Moldes para Fundição: 5) Abre-se o copo de vazamento na caixa-tampa

52 Moldes para Fundição: 6) Abre-se o canal de distribuição e anal de entrada na caixa fundo e retira-se o modelo

53 Moldes para Fundição: 7) Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo, prende-se uma na outra, usando-se presilhas ou grampos

54 Moldes para Fundição: 7) Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo, prende-se uma na outra, usando-se presilhas ou grampos

55 Moldes para Fundição: 8) O metal é vazado e após a solidificação e resfriamento, a peça é desmoldada, com o canal e o massalote retirados.

56 Moldes para Fundição: Características dos moldes: a) Resistência suficiente para suportar a pressão do metal líquido. b) Resistência à ação erosiva do metal que escoa rapidamente durante o vazamento. c) Mínima geração de gás durante o processo de vazamento e solidificação, a fim de impedir a contaminação do metal e o rompimento do molde.

57 Moldes para Fundição: Características dos moldes: d) Permeabilidade suficiente para que os gases gerados possam sair durante o vazamento do metal. e) Refratariedade que permita suportar as altas temperaturas de fusão dos metais e que facilite a desmoldagem da peça. f) Permitir a contração da peça, que acontece durante a solidificação.

58 Areia de Fundição: Moldagem com Areia Verde: O processo tem esse nome somente porque a mistura com a qual o molde é feito mantém sua umidade original, quer dizer, não passa por um processo de secagem A matéria-prima é basicamente por um agregado granular refratário chamado de areia base que pode ser sílica, cromita ou zirconita, mais argila (como aglomerante) e água.

59 Areia de Fundição: Vantagens Moldagem com Areia Verde: 1. A moldagem por areia verde é o mais barato dentre todos os métodos de produção de moldes. 2. Há menos distorção de formato do que nos métodos que usam areia seca, porque não há necessidade de aquecimento. 3. As caixas de moldagem estão prontas para a reutilização em um mínimo espaço de tempo. Desvantagens 1. O controle da areia é mais crítico do que nos outros processos que também usam areia. 2. Maior erosão quando as peças fundidas são de maior tamanho. 3. O acabamento da superfície piora nas peças de maior peso. 4. Boa estabilidade dimensional. 4. A estabilidade dimensional é menor nas peças de maior tamanho. 5. Menor possibilidade de surgimento de trincas.

60 Areia de Fundição: O uso de resinas (aglomerantes) na areia para a produção de moldes de fundição. Dois modos: a quente ou a frio. Um dos processos, que usa calor para provocar a reação química entre o aglomerante e os grãos da areia, é aquele chamado de shell molding ou moldagem de casca

61 Shell Molding: O uso de resinas (aglomerantes) na areia para a produção de moldes de fundição. Dois modos: a quente ou a frio. Um dos processos, que usa calor para provocar a reação química entre o aglomerante e os grãos da areia, é aquele chamado de shell molding ou moldagem de casca

62 Shell Molding: 1) Os modelos, feitos de metal para resistir ao calor e ao desgaste, são fixados em placas, juntamente com os sistemas de canais e os alimentadores.

63 Shell Molding: 2) A placa é presa na máquina e aquecida por meio de bicos de gás até atingir a temperatura de trabalho (entre 200 e 250ºC).

64 Shell Molding: 3) A placa é então girada contra um reservatório contendo uma mistura de areia/resina de modo que o modelo fique envolto por essa mistura

65 Shell Molding: 4. O calor funde a resina que envolve os grãos de areia e essa mistura, após ±15 segundos, forma uma casca ( shell ) com a espessura necessária (entre 10 e 15 mm) sobre o modelo.

66 Shell Molding: 5. A cura da casca, ou seja, o endurecimento da resina se completa quando a placa é colocada em uma estufa em temperaturas entre 350 e 450ºC.

67 Shell Molding: 6. Após 2 ou 3 minutos, a casca é extraída do modelo por meio de pinos extratores. Por causa da característica do processo, a casca corresponde a uma metade do molde. Para obter o molde inteiro, é necessário colar duas metades.

68 Shell Molding: Vantagens: Reaproveitamento dos modelos e machos. Bom acabamento para a superficial Alta estabilidade dimensional do molde, possibilidade de trabalhar com tolerâncias mais estreitas, Facilidade de liberação de gases durante a

69 Shell Molding: Vantagens: É totalmente mecanizado e automatizado e é adequado para peças pequenas e de formatos complexos. A fundição das peças é feita por gravidade.

70 Shell Molding: Desvantagens: Custo mais elevado em relação à moldagem em areia verde.

71 Shell Molding: O processo de cura a frio Resina empregada se encontra em estado líquido Adição de catalisador à mistura de resina com areia limpa e seca. A mistura é feita, por meio de equipamentos, na hora da moldagem e deve ser empregada imediatamente porque a reação química de cura começa a se desenvolver assim que a mistura está pronta.

72 O processo : Processos de Fabricação Shell Molding: 1. Os modelos, que podem ser feitos de madeira, são fixados em caixas. 2. A mistura areia/resina/catalisador é feita e continuamente despejada e socada dentro da caixa, de modo a garantir sua compactação. 3. A reação de cura inicia-se imediatamente após a moldagem e se completa algumas horas depois.

73 O processo : Processos de Fabricação Shell Molding: 4. O modelo é retirado girando-se a caixa 180º. 5. O molde é então pintado com tintas especiais para fundição, têm a função: aumentar a resistência do molde às tensões geradas pela ação do metal líquido, e dar um melhor acabamento para a superfície da peça fundida. 6. O molde é aquecido com maçarico ou é levado para uma estufa para a secagem da tinta.

74 Shell Molding: Obtenção de moldes mais rígidos para produção de peças grandes e de formatos complicados com bom acabamento de superfície. O vazamento do metal é feito por gravidade. A cura a frio é um processo de moldagem mais caro quando comparado aos outros processos que usam areia. Os catalisadores são compostos de substâncias ácidas e corrosivas, que exigem muito cuidado na manipulação porque são muito tóxicas.

75 Fundição de precisão: Produto fundido com determinado peso máximo de 5 kg, formato complexo, melhor acabamento de superfície tolerâncias mais estreitas em suas medidas, produto com características aliadas à qualidade do produto usinado, Usar o processo de fundição de precisão.

76 Fundição de precisão: Materiais que podemos fundir Ligas de alumínio, Ligas de níquel, Ligas de magnésio, Ligas de cobre, Ligas de cobre-berílio, Ligas de bronze-silício, Ligas de latão ao silício, Ligas resistentes ao calor, Aço e do aço inoxidável

77 Fundição de precisão: Aplicado para: Produção de peças estruturais para a indústria aeronáutica, para motores de avião, equipamentos aeroespaciais, Peças para processamento de dados, Turbinas a gás, Máquinas operatrizes, Equipamentos médicos, odontológicos, ópticos etc.

78 Fundição de precisão: Característica: Modelo e molde são destruídos na produção da peça Modelos para a confecção dos moldes são produzidos em cera a partir de uma matriz metálica formada por uma cavidade com o formato e dimensões da peça desejada.

79 Fundição de precisão: Característica: O molde é produzido a partir de uma pasta ou lama refratária feita com sílica ou zirconita, na forma de areia muito fina, misturada com um aglomerante feito com água, silicato de sódio e/ou silicato de etila. A lama endurece em contato com o ar e é nela que o modelo de cera ou plástico é mergulhado.

80 Fundição de precisão: Característica: Quando a lama endurece em volta do modelo, forma-se um molde rígido. Após o endurecimento da pasta refratária, o molde é aquecido, o modelo derretido, e destruído.. Devido a características desse processo, ele também pode ser chamado de fundição por moldagem em cera perdida.

81 Fundição de precisão: Processo: A cera fundida é injetada na matriz para a produção do modelo e dos canais de vazamento

82 Fundição de precisão: Processo: Os modelos de cera endurecida são montados no canal de alimentação ou vazamento

83 Fundição de precisão: Processo: O conjunto é mergulhado na lama refratária

84 Fundição de precisão: Processo: O material do molde endurece e os modelos são derretidos e escoam.

85 Fundição de precisão: Processo: O molde aquecido é preenchido com metal líquido por gravidade, centrifugação ou a vácuo.

86 Fundição de precisão: Processo: Depois que a peça se solidifica, o material do molde é quebrado para que as peças sejam retiradas.

87 Fundição de precisão: Processo: Em muitos casos, as peças obtidas por esse processo chegam a dispensar a usinagem devido à qualidade do acabamento de superfície obtido. Mesmo quando a usinagem faz-se necessária, demanda acabamento mínimo e isso reduz os custos de produção

88 Fundição de precisão: Suas principais vantagens são: Devido ao bom acabamento e precisão dimensional das peças produzidas por esse processo, não há necessidade da preocupação com a utilização de ligas de fácil usinagem. Possibilidade de utilização de praticamente qualquer metal ou liga.

89 Fundição de precisão: Suas principais vantagens são: Possibilidade de produção em massa de peças de formatos complicados, difíceis ou impossíveis de se produzir por processos convencionais de fundição ou mesmo por usinagem. Possibilidade de reprodução de detalhes precisos de construção, cantos vivos, paredes finas etc. Possibilidade de obtenção de maior precisão dimensional e superfícies com melhor acabamento.

90 Fundição de precisão: Suas principais vantagens são: Devido ao bom acabamento e precisão dimensional das peças produzidas por esse processo, não há necessidade da preocupação com a utilização de ligas de fácil usinagem. Possibilidade de utilização de praticamente qualquer metal ou liga.

91 Fundição de precisão: Suas principais vantagens são: Possibilidade de controle rigoroso da estrutura do material fundido de modo a garantir o controle preciso das propriedades mecânicas da peça produzida.: Em muitos casos, as peças obtidas por esse processo chegam a dispensar a usinagem devido à qualidade do acabamento de superfície obtido. Mesmo quando a usinagem faz-se necessária, demanda acabamento mínimo e isso reduz os custos de produção

92 Fundição de precisão: Desvantagens são: As dimensões e o peso das peças são limitados (cerca de 5kg), devido ao custo elevado e à capacidade dos equipamentos disponíveis O custo se eleva à medida que o tamanho da peça aumenta. Para peças maiores (entre 5 e 25 kg), o investimento inicial é muito elevado..

93 Fundição Molde Permanente: Os processos de fundição por molde permanente usam moldes metálicos para a produção das peças fundidas. Fundição por gravidade ou por pressão Vida útil de um molde metálico permite a fundição de até 100 mil peças

94 Fundição Molde Permanente: A utilização dos moldes metálicos está restrita aos metais com temperatura de fusão mais baixas do que o ferro e o aço. Ligas com chumbo, zinco, alumínio, magnésio, certos bronzes e, excepcionalmente, o ferro fundido. Restrição devido as altas temperaturas necessárias à fusão do aço podem danificariam os moldes de metal

95 Fundição Molde Permanente: Os moldes permanentes são feitos de aço ou ferro fundido ligado, resistente ao calor e às repetidas mudanças de temperatura. Moldes feitos de bronze podem ser usados para fundir estanho, chumbo e zinco.

96 Fundição Molde Permanente: Os produtos típicos da fundição em moldes permanentes são: Bases de máquinas Blocos de cilindros de compressores Cabeçotes, bielas, pistões Cabeçotes de cilindros de motores de automóveis Coletores de admissão

97 Fundição Molde Permanente: Comparados com peças fundidas em moldes de areia, apresentam: Maior uniformidade Melhor acabamento de superfície Tolerâncias dimensionais mais estreitas Melhores propriedades mecânicas.

98 Fundição Molde Permanente: Limitações: Limitado a peças de tamanho pequeno e produção em grandes quantidades Moldes permanentes nem sempre se adaptam a todas as ligas metálicas e são mais usados para a fabricação de peças de formatos mais simples, porque uma peça de formas complicadas dificulta não só o projeto do molde, mas também a extração da peça após o processo de fundição.

99 Fundição Molde Permanente: Vazamento por gravidade.

100 Fundição Molde Permanente: A montagem também por dispositivos mecânicos como conjuntos hidráulicos, que comandam o ciclo de abertura e fechamento dos moldes. Tanto os moldes quanto os machos são cobertos com uma pasta adesiva rala feita de material refratário cuja função, além de proteger os moldes, é impedir que as peças grudem neles, facilitando a desmoldagem.

101 Fundição Sob Pressão: Os moldes metálicos também são usados no processo de fundição sob pressão. Este consiste em forçar o metal líquido a penetrar na cavidade do molde, chamado de matriz. A matriz, de aço-ferramenta tratado termicamente, hermeticamente fechadas no momento do vazamento do metal líquido.

102 Fundição Sob Pressão : O metal é bombeado na cavidade da matriz sob pressão suficiente para o preenchimento total de todos os seus espaços e cavidades. A pressão é mantida até que o metal se solidifique. Matriz é aberta e a peça ejetada por meio de pinos acionados hidraulicamente.

103 Fundição Sob Pressão

104 Fundição Sob Pressão : Muitas matrizes são refrigeradas a água. Para evitar superaquecimento da matriz, e aumentar sua vida útil e evitar defeitos nas peças.

105 Fundição Sob Pressão : Para realizar sua função, as matrizes têm que ter resistência suficiente para aguentar o desgaste imposto pela fundição sob pressão, Suportar entre 50 mil e 1 milhão de injeções.

106 Fundição Sob Pressão : Máquina de câmara quente

107 Fundição Sob Pressão : Máquina de câmara fria

108 Fundição Sob Pressão : Vantagens Peças de ligas como a de alumínio, fundidas sob pressão, apresentam maiores resistências do que as fundidas em areia; Peças fundidas sob pressão podem receber tratamento de superfície com um mínimo de preparo prévio da superfície; Possibilidade de produção de peças com formas mais complexas;

109 Fundição Sob Pressão : Vantagens Possibilidade de produção de peças com paredes mais finas e tolerâncias dimensionais mais estreitas; Alta capacidade de produção; Alta durabilidade das matrizes.

110 Fundição Sob Pressão : Desvantagens: Limitações no emprego do processo: ele é usado para ligas não-ferrosas, com poucas exceções; Limitação no peso das peças (raramente superiores a 5 kg.);

111 Fundição Sob Pressão : Desvantagens: Retenção de ar no interior das matrizes, originando peças incompletas e porosidade na peça fundida; Alto custo do equipamento e dos acessórios, o que limita seu emprego a grandes volumes de produção.

112 Fundição Sob Pressão : A indústria automobilística utiliza uma grande quantidade de peças fundidas sob pressão: Tampas de válvulas, fechaduras, carcaças de motor de arranque, maçanetas, caixas de câmbio de máquinas agrícolas. A indústria aeronáutica, que usa peças fundidas principalmente de ligas de alumínio e magnésio.